asm.js 및 웹어셈블리-WEB 고성능 컴퓨팅
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- 2017-11-18 14:46:042277검색
이전에 WebWorkers-WEB의 고성능 컴퓨팅에 대해 소개한 적이 있습니다. javascript에 대한 지식이 매우 흥미롭기 때문에 오늘은 asm.js와 webassemblies와 WEB 고성능 컴퓨팅의 관계에 대해 말씀드리겠습니다. 그 전에 고성능 문제를 해결해야 합니다. 계산 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 WebWorker를 동시에 사용하는 것이고, 다른 하나는 저수준 정적 언어를 사용하는 것입니다.
2012년 Mozilla 엔지니어 Alon Zakai는 LLVM 컴파일러를 연구하던 중 갑자기 아이디어를 얻었습니다. C/C++를 Javascript로 컴파일하여 네이티브 코드의 속도를 달성할 수 있을까? 그래서 그는 C/C++ 코드를 Javascript의 하위 집합인 asm.js로 컴파일하는 데 사용되는 Emscripten 컴파일러를 개발했습니다. 성능은 네이티브 코드의 거의 50%입니다. 이 PPT를 보시면 됩니다.
나중에 Google은 브라우저에서 C/C++ 코드를 실행할 수 있는 기술인 Portable Native Client를 개발했습니다. 나중에는 모두가 자신의 일을 하는 것이 불가능하다고 느꼈던 것 같습니다. 실제로 Google, Microsoft, Mozilla, Apple 및 기타 주요 회사가 협력하여 웹용 범용 바이너리 및 텍스트 형식 프로젝트를 개발했는데, 이것이 바로 WebAssembly입니다. WebAssembly 또는 wasm은 웹 컴파일에 적합한 새로운 이식 가능하고 크기 및 로드 시간 효율적인 형식입니다.
WebAssembly는 현재 공개 표준으로 설계되고 있습니다. 모든 주요 브라우저의 대표자를 포함하는 W3C 커뮤니티 그룹입니다.
그래서 WebAssembly는 전망이 좋은 프로젝트여야 합니다. 현재 브라우저 지원을 살펴볼 수 있습니다:
Install Emscripten
방문 https://kripken.github.io/emscripten-site/docs/getting_started/downloads .html
1. 플랫폼 버전
2.emsdk
# Fetch the latest registry of available tools. ./emsdk update # Download and install the latest SDK tools. ./emsdk install latest # Make the "latest" SDK "active" for the current user. (writes ~/.emscripten file) ./emsdk activate latest # Activate PATH and other environment variables in the current terminal source ./emsdk_env.sh
3을 통해 최신 버전의 도구를 다운로드합니다. PATH
.~/emsdk-portable ~/emsdk-portable/clang/fastcomp/build_incoming_64/bin ~/emsdk-portable/emscripten/incoming
4. 기타
실행 중 LLVM 버전이 잘못됐다는 오류가 발생했습니다. 나중에 설명서를 참조하여 LLVM_ROOT 변수를 구성했는데 문제가 없다면, 무시해도 됩니다.
LLVM_ROOT = os.path.expanduser(os.getenv('LLVM', '/home/ubuntu/a-path/emscripten-fastcomp/build/bin'))
5. 설치 여부 확인
emcc -v를 실행하면 다음 메시지가 표시됩니다.
emcc (Emscripten gcc/clang-like replacement + linker emulating GNU ld) 1.37.21 clang version 4.0.0 (https://github.com/kripken/emscripten-fastcomp-clang.git 974b55fd84ca447c4297fc3b00cefb6394571d18) (https://github.com/kripken/emscripten-fastcomp.git 9e4ee9a67c3b67239bd1438e31263e2e86653db5) (emscripten 1.37.21 : 1.37.21) Target: x86_64-apple-darwin15.5.0 Thread model: posix InstalledDir: /Users/magicly/emsdk-portable/clang/fastcomp/build_incoming_64/bin INFO:root:(Emscripten: Running sanity checks)
Hello, WebAssembly!
파일 생성 .c:
#include <stdio.h>
int main() {
printf("Hello, WebAssembly!\n");
return 0;
}C/C++ 코드 컴파일:
emcc hello.c위 명령은 a.out.js 파일을 생성하며, Node.js로 직접 실행할 수 있습니다:
node a.out.jsOutput
Hello, WebAssembly!웹 페이지의 코드에서 다음 명령을 실행하면 hello.html과 hello.js라는 두 개의 파일이 생성됩니다. hello.js와 a.out.js의 내용은 완전히 동일합니다.
emcc hello.c -o hello.html<code> ➜ webasm-study md5 a.out.js MD5 (a.out.js) = d7397f44f817526a4d0f94bc85e46429 ➜ webasm-study md5 hello.js MD5 (hello.js) = d7397f44f817526a4d0f94bc85e46429그런 다음 브라우저에서 hello.html을 열면 페이지가 표시됩니다. 이전에 생성된 코드는 모두 asm.js입니다. 결국 Emscripten은 작성자 Alon Zakai가 처음으로 asm.js를 생성한 것입니다. , 기본 출력은 asm.js입니다. 놀랄 일이 아닙니다. 물론 옵션을 통해 wasm을 생성할 수도 있으며, hello-wasm.html, hello-wasm.js, hello-wasm.wasm 3개의 파일이 생성됩니다.
emcc hello.c -s WASM=1 -o hello-wasm.html
file:////을 사용하여 접근하면 오류가 보고되므로 서버를 시작해야 하기 때문입니다.
npm install -g serve serve그런 다음 http://localhost:5000/hello-wasm.html을 방문하면 정상적인 결과를 볼 수 있습니다. 이전의 Hello, WebAssembly!는 모두 기본 함수에서 직접 입력하는 방식으로 WebAssembly를 사용하는 목적은 대부분 C/C++를 사용하여 구현하는 것입니다. 시간이 많이 걸리는 특정 함수 계산은 wasm으로 컴파일되고 호출을 위해 js에 노출됩니다.
add.c 파일에 다음 코드를 작성하세요.
#include <stdio.h>
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
printf("a + b: %d", add(1, 2));
return 0;
}js 호출에 대한 add 메서드를 노출하는 방법에는 두 가지가 있습니다.
emcc -s EXPORTED_FUNCTIONS="['_add']" add.c -o add.js메소드 이름 add 앞에 _를 추가해야 합니다. 그런 다음 Node.js에서 다음과 같이 사용할 수 있습니다.
// file node-add.js const add_module = require('./add.js'); console.log(add_module.ccall('add', 'number', ['number', 'number'], [2, 3]));node node-add.js를 실행하면 5가 출력됩니다. 웹 페이지에서 사용해야 하는 경우
emcc -s EXPORTED_FUNCTIONS="['_add']" add.c -o add.html를 실행합니다. 그런 다음 생성된 add.html에 다음 코드를 추가합니다.
<button onclick="nativeAdd()">click</button>
<script type='text/javascript'>
function nativeAdd() {
const result = Module.ccall('add', 'number', ['number', 'number'], [2, 3]);
alert(result);
}
</script> 그런 다음 버튼을 클릭하면 실행 결과를 볼 수 있습니다. Module.ccall은 C/C++ 코드 메서드를 직접 호출합니다. 더 일반적인 시나리오는 js에서 반복적으로 호출할 수 있는 함수를 얻는 것입니다. 이를 위해서는 Module.cwrap을 사용해야 합니다. const cAdd = add_module.cwrap('add', 'number', ['number', 'number']); console.log(cAdd(2, 3)); console.log(cAdd(2, 4));
함수 정의 시 EMSCRIPTEN_KEEPALIVE
를 추가하고
add2.c 파일을 추가하세요.#include <stdio.h> #include <emscripten.h>
int EMSCRIPTEN_KEEPALIVE add(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
printf("a + b: %d", add(1, 2));
return 0;
}다음 명령을 실행하세요: emcc add2.c -o add2.html또한 add2.html에 코드를 추가하세요:
<button onclick="nativeAdd()">click</button>
<script type='text/javascript'>
function nativeAdd() {
const result = Module.ccall('add', 'number', ['number', 'number'], [2, 3]);
alert(result);
}
</script>그러나 버튼을 클릭하면 오류가 보고됩니다: Assertion failed: the runtime was exited (use NO_EXIT_RUNTIME to keep it alive after main() exits)
可以通过在main()中添加emscripten_exit_with_live_runtime()解决：
#include <stdio.h>
#include <emscripten.h>
int EMSCRIPTEN_KEEPALIVE add(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
printf("a + b: %d", add(1, 2));
emscripten_exit_with_live_runtime();
return 0;
}或者也可以直接在命令行中添加-s NO_EXIT_RUNTIME=1来解决，
emcc add2.c -o add2.js -s NO_EXIT_RUNTIME=1
不过会报一个警告：
exit(0) implicitly called by end of main(), but noExitRuntime, so not exiting the runtime (you can use emscripten_force_exit, if you want to force a true shutdown)exit(0) implicitly called by end of main(), but noExitRuntime, so not exiting the runtime (you can use emscripten_force_exit, if you want to force a true shutdown)
所以建议采用第一种方法。
上述生成的代码都是asm.js，只需要在编译参数中添加-s WASM=1中就可以生成wasm，然后使用方法都一样。
用asm.js和WebAssembly执行耗时计算
前面准备工作都做完了， 现在我们来试一下用C代码来优化前一篇中提过的问题。代码很简单：
// file sum.c
#include <stdio.h>
// #include <emscripten.h>
long sum(long start, long end) {
long total = 0;
for (long i = start; i <= end; i += 3) {
total += i;
}
for (long i = start; i <= end; i += 3) {
total -= i;
}
return total;
}
int main() {
printf("sum(0, 1000000000): %ld", sum(0, 1000000000));
// emscripten_exit_with_live_runtime();
return 0;
}注意用gcc编译的时候需要把跟emscriten相关的两行代码注释掉，否则编译不过。 我们先直接用gcc编译成native code看看代码运行多块呢？
➜ webasm-study gcc sum.c ➜ webasm-study time ./a.out sum(0, 1000000000): 0./a.out 5.70s user 0.02s system 99% cpu 5.746 total ➜ webasm-study gcc -O1 sum.c ➜ webasm-study time ./a.out sum(0, 1000000000): 0./a.out 0.00s user 0.00s system 64% cpu 0.003 total ➜ webasm-study gcc -O2 sum.c ➜ webasm-study time ./a.out sum(0, 1000000000): 0./a.out 0.00s user 0.00s system 64% cpu 0.003 total
可以看到有没有优化差别还是很大的，优化过的代码执行时间是3ms!。really？仔细想想，我for循环了10亿次啊，每次for执行大概是两次加法，两次赋值，一次比较，而我总共做了两次for循环，也就是说至少是100亿次操作，而我的mac pro是2.5 GHz Intel Core i7，所以1s应该也就执行25亿次CPU指令操作吧，怎么可能逆天到这种程度，肯定是哪里错了。想起之前看到的一篇rust测试性能的文章，说rust直接在编译的时候算出了答案， 然后把结果直接写到了编译出来的代码里， 不知道gcc是不是也做了类似的事情。在知乎上GCC中-O1 -O2 -O3 优化的原理是什么？这篇文章里， 还真有loop-invariant code motion（LICM）针对for的优化，所以我把代码增加了一些if判断，希望能“糊弄”得了gcc的优化。
#include <stdio.h>
// #include <emscripten.h>
// long EMSCRIPTEN_KEEPALIVE sum(long start, long end) {
long sum(long start, long end) {
long total = 0;
for (long i = start; i <= end; i += 1) {
if (i % 2 == 0 || i % 3 == 1) {
total += i;
} else if (i % 5 == 0 || i % 7 == 1) {
total += i / 2;
}
}
for (long i = start; i <= end; i += 1) {
if (i % 2 == 0 || i % 3 == 1) {
total -= i;
} else if (i % 5 == 0 || i % 7 == 1) {
total -= i / 2;
}
}
return total;
}
int main() {
printf("sum(0, 1000000000): %ld", sum(0, 100000000));
// emscripten_exit_with_live_runtime();
return 0;
}执行结果大概要正常一些了。
➜ webasm-study gcc -O2 sum.c ➜ webasm-study time ./a.out sum(0, 1000000000): 0./a.out 0.32s user 0.00s system 99% cpu 0.324 total
ok，我们来编译成asm.js了。
#include <stdio.h>
#include <emscripten.h>
long EMSCRIPTEN_KEEPALIVE sum(long start, long end) {
// long sum(long start, long end) {
long total = 0;
for (long i = start; i <= end; i += 1) {
if (i % 2 == 0 || i % 3 == 1) {
total += i;
} else if (i % 5 == 0 || i % 7 == 1) {
total += i / 2;
}
}
for (long i = start; i <= end; i += 1) {
if (i % 2 == 0 || i % 3 == 1) {
total -= i;
} else if (i % 5 == 0 || i % 7 == 1) {
total -= i / 2;
}
}
return total;
}
int main() {
printf("sum(0, 1000000000): %ld", sum(0, 100000000));
emscripten_exit_with_live_runtime();
return 0;
}
执行
emcc sum.c -o sum.html然后在sum.html中添加代码
<button onclick="nativeSum()">NativeSum</button>
<button onclick="jsSumCalc()">JSSum</button>
<script type='text/javascript'>
function nativeSum() {
t1 = Date.now();
const result = Module.ccall('sum', 'number', ['number', 'number'], [0, 100000000]);
t2 = Date.now();
console.log(`result: ${result}, cost time: ${t2 - t1}`);
}
</script>
<script type='text/javascript'>
function jsSum(start, end) {
let total = 0;
for (let i = start; i <= end; i += 1) {
if (i % 2 == 0 || i % 3 == 1) {
total += i;
} else if (i % 5 == 0 || i % 7 == 1) {
total += i / 2;
}
}
for (let i = start; i <= end; i += 1) {
if (i % 2 == 0 || i % 3 == 1) {
total -= i;
} else if (i % 5 == 0 || i % 7 == 1) {
total -= i / 2;
}
}
return total;
}
function jsSumCalc() {
const N = 100000000;// 总次数1亿
t1 = Date.now();
result = jsSum(0, N);
t2 = Date.now();
console.log(`result: ${result}, cost time: ${t2 - t1}`);
}
</script>
另外，我们修改成编译成WebAssembly看看效果呢？
emcc sum.c -o sum.js -s WASM=1感觉Firefox有点不合理啊， 默认的JS太强了吧。然后觉得webassembly也没有特别强啊，突然发现emcc编译的时候没有指定优化选项-O2。再来一次：
emcc -O2 sum.c -o sum.js # for asm.js emcc -O2 sum.c -o sum.js -s WASM=1 # for webassembly
居然没什么变化， 大失所望。号称asm.js可以达到native的50%速度么，这个倒是好像达到了。但是今年Compiling for the Web with WebAssembly (Google I/O ‘17)里说WebAssembly是1.2x slower than native code，感觉不对呢。asm.js还有一个好处是，它就是js，所以即使浏览器不支持，也能当成不同的js执行，只是没有加速效果。当然WebAssembly受到各大厂商一致推崇，作为一个新的标准，肯定前景会更好，期待会有更好的表现。
这就是asm.js & webassembly与web高性能计算的关系了，之后还有想法写一份结合Rust做WebAssembly的文章，有兴趣的朋友可以持续关注。
위 내용은 asm.js 및 웹어셈블리-WEB 고성능 컴퓨팅의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!